JP2004534974A - 複数のタッチセンサを利用した接触確認式タッチスクリーン - Google Patents

Abstract

タッチスクリーンシステムでの、偽接触の判別方法および装置が提供される。
本システムは、１個のタッチセンサにより登録された接触を、接触して動作する以前に、好ましくは異なるタイプのセンサである他のタッチセンサによって確認させるよう設計されている。第１タッチセンサにより登録された接触が、第２タッチセンサによって確認されない場合は、その接触は無効となる。従って、１つのタイプのセンサの強さは、他のタイプのセンサの欠陥を克服するために、用いられる。ある態様では、二次タッチセンサは、光学および表面音波センサ上での汚染物質、静電結合方式センサ上での雑音もしくは微弱信号など、他のタイプのタッチセンサ上での真・偽接触判別用力センサを備えている。力センサは、接触があったことを示すだけの、簡単な単一要素システムであってもよく、座標データを確認もしくは提供可能な、多要素システムであってもよい。

Description

【０００１】
（発明の技術的分野）
本発明は、概して、タッチスクリーン、特にタッチスクリーン上での偽接触イベントと真接触とを判別する方法および装置に関する。
【０００２】
（発明の背景）
タッチスクリーンは、データ処理システムへの情報入力手段として、陰極線管（すなわち、ＣＲＴ）、および液晶ディスプレイスクリーン（すなわち、ＬＣＤスクリーン）を含む様々なタイプのディスプレイと組み合わせて用いられている。タッチスクリーンがディスプレイ上に設置されたり、あるいはディスプレイと統合されている場合、ユーザは、所望のアイコンもしくは要素に対応する、スクリーンの位置を触ることにより、表示されたアイコンもしくは要素を選択可能となる。タッチスクリーンは、例えば、ポイントオブセールシステム、情報キオスク、現金自動振込機（すなわち、ＡＴＭ）、データ・エントリー・システムなどを含む様々な異なるアプリケーションで、一般的に使用されている。
【０００３】
様々なタイプのタッチスクリーンが開発されて来た。残念なことに、各タイプのタッチスクリーンは、少なくとも若干のアプリケーションにおいては、その有用性を制限する少なくとも１つの弱点を有している。例えば、抵抗式タッチスクリーンのカバーシートは、破損し易いものである。繰り返しスクリーンを押すだけで、やがては抵抗式タッチスクリーンの破損を招きかねない。このタイプのタッチスクリーンはまた、例えば、ディスプレイ内に入る湿気などの環境損害を受けやすいものである。第２のタイプのタッチスクリーンである、静電結合方式タッチスクリーンは、アースされていない物体の接触には反応しないので、手袋をはめた手、スタイラス、鉛筆などを用いる場合などには潜在的な問題を惹起させる。第３のタイプのタッチスクリーンである、表面音波利用方式は、センサの表面上の汚染物質（例えば、水）の蓄積に影響され易い。また、汚染は、赤外線方式タッチスクリーンの動作を妨げることにもなる。第５タイプのタッチスクリーンである、力センサ利用方式は、ショックや振動に影響され易い。
【０００４】
主として、例えば、指、およびスタイラスなど、データ入力用の異なる接触機構に対応する手段として、２つの異なるタッチスクリーン技術を利用する様々なシステムが、様々な目的のために設計されてきた。
【０００５】
米国特許第５，２３１，３８１号明細書は、統合タッチスクリーンおよびデジタル化タブレットを利用する多目的データ入力装置を開示している。このタッチスクリーンは、表面音波、力、静電結合、もしくは、光学タッチセンサを含む様々な技術のうち、いずれかを通して受動入力（例えば、指の接触）の存在および位置を検出するものである。デジタル化タブレットは、静電結合方式、誘導性、もしくは表面音波センサを刺激するために、アクティブスタイラス機構を利用する。
【０００６】
米国特許第５，５１０，８１３号明細書は、接触位置および接触力の双方を測定するタッチパネルを開示している。このタッチパネルは、抵抗、伝導層を用いて現在のパターンをモニターすることにより、接触位置を決定するものである。接触力は、タッチパネルと、事実上タッチパネルに平行に延びる第２伝導パネルとの間のキャパシタンス値をモニターすることにより、測定される。システムは、接触に応答して、検出された接触位置と検出された接触力の双方を処理する。
【０００７】
米国特許第５，５４３，５８９号明細書は、各センサが異なる解像度を用いて接触位置を決定する、デュアルセンサタッチスクリーンを開示している。２つのセンサは、単一のセンサを形成するよう、サンドイッチ状に１つにまとめられ、その結果、指、スタイラスなどによる単一の接触が、両方のセンサで検出可能となる。使用においては、最初に、低解像度センサの広い導体がスキャンされ、それにより、接触位置は、１つの広い導体サイズの長方形領域内であることが決定される。接触位置を高解像度センサで決定するには、低解像度センサで決定された接触の長方形領域に対応する、狭い導体のみをスキャンすればよいことになる。従って、開示されたシステムでは、スキャン処理のスピードを速めるのみならず、必要なスキャンドライバーおよびレシーバの数を減少させ、それによるコスト軽減が意図されている。
【０００８】
米国特許第５，６７０，７５５号明細書は、２つのモードの何れでも使用可能な、タッチパネルを開示している。一方のモードでは、タッチパネルは従来のタッチスクリーンのように作動し、ユーザは、指、ペン、または他の接触媒体を用いてスクリーンに触れることにより、情報を入力可能である。このモードで、パネルに適用された２つの抵抗層が、接触位置で触れ合うことになる。接触位置の決定は抵抗比に基づく。第２モードでは、タッチパネルは、特別に設計されたスタイラスを用いるディジタイザとして機能する。スタイラスの接点でパネルに結合されたキャパシタンスが、接点決定に用いられる。
【０００９】
米国特許第５，７７７，６０７号明細書は、指接触を静電結合的に感知するとともに、タイラス接触を抵抗的に感知するシステムを開示している。開示されたシステムは、いずれの接触モードでも、単一の抵抗層を用いて、タッチスクリーン上の接触のｘおよびｙ座標が決定可能である。好ましい実施例では、スタイラスが使用中であるとシステムが探知した場合、指検出モードは無効にされ、その結果、ユーザの手での静電結合から起こる、不注意なデータ入力を防ぐ。
【００１０】
米国特許第５，８０１，６８２号明細書は、静電結合方式センサからの座標データ変化を、センサのコーナーに設置された歪みゲージを用いて補償する、デュアルセンサタッチスクリーンを開示している。静電結合方式センサデータの変化は、例えば、ユーザが手袋をしたことによる信号経路の変化から生じることもある。
【００１１】
この技術分野で必要とされるものは、振動、電気雑音、汚染物質などの外部刺激から生じ得る偽接触を判別したり、または、確かに接触があったことを確認する方法および装置である。本発明は、こうした方法および装置を提供するものである。
【００１２】
（発明の要約）
本発明は、タッチスクリーンシステムでの偽接触を判別する方法および装置を提供するものである。本システムは、タッチスクリーン上での接触を有効にするために、異なるタイプの多重タッチスクリーンセンサを利用する。従って、本発明は、特定のタイプのセンサの強さを、他のタイプのセンサの欠陥を克服するために利用している。
【００１３】
本発明の基礎は、１個のタッチセンサにより登録された接触を、他のタッチセンサによって確認する能力にある。接触が確認された場合、その接触は、例えば、接触座標をオペレーティングシステムに送ることにより、作用可能なものとなり得る。他方、接触が確認されない場合は、その接触は無効となる。本システムは、接触座標を決定する一次タッチセンサと、比較のために離散信号もしくは、第２の組の接触座標を発生させることにより、接触があったことを有効にする二次センサを有するように設計される。さらには、初期接触の確認の前後に、接触座標決定が可能である。
【００１４】
本発明の１つの実施例では、二次タッチセンサは、真・偽接触判別用の力センサを備えている。偽接触は、（例えば、光学および表面音波センサに対して問題となる）汚染物質、（例えば、静電結合方式センサに対して問題となる）雑音もしくは微弱信号などの要素により引き起こされる。この実施例では、タッチスクリーンに加えられた圧力が、所定の閾値を超える場合に、接触座標が有効にされる。これに対して、例えば雨粒が表面音波センサに落ちることにより、一次センサが偽接触信号を生成した場合には、二次力センサへの圧力が接触確認に満たず、そのデータは無効と宣言される。二次力センサは、接触圧力を感知することにより、接触があったことを示すだけの、簡単な単一要素システムであってもよいし、座標データを確認もしくは提供可能な、多要素力接触システムであってもよい。
【００１５】
他の実施例では、静電結合方式センサが、光学、表面音波、もしくは力センサからの接触データを確認または拒否するために使用される。この実施例では、二次静電結合方式センサが、指などのアースされた導体によって触れられた場合、派生電流の流れは、一次センサによって有効な接触検出を示す。これに対して、汚染物質（例えば、表面音波もしくは光学センサ）、または衝撃もしくは振動（例えば、力ベースのタッチシステム）のいずれかによる偽接触は、静電結合方式二次センサ内に同時電流を流すことはなく、その結果、一次センサからのデータは無効にされる。二次静電結合方式センサは、単一接触の透明な伝導コーティングにより提供されるような単純な離散的センサであってもよいし、比較用に接触座標を提供可能な、より複雑な静電結合方式センサであってもよい。
【００１６】
ＣＲＴモニターの面上にいかなるタッチパネルも装着していない（例えば、赤外線光学システム、オン−チューブ表面音波システム、もしくは非オーバレイ差力システム）、本発明の他の実施例では、二次静電結合方式センサは、ＣＲＴの表層上に抵抗コーティングが施されている。このタイプの抵抗コーティングは、ＣＲＴスクリーン上の帯電増加を制限するために用いられてもよい。この実施例の静電結合方式センサは、抵抗コーティングを、抵抗コーティングと連結した、電磁雑音信号の振幅測定用電流モニター回路と組み合わせて利用する。使用に際しては、スクリーンに指などのアースされた物体が触れると、検出信号振幅変化が所定の閾値を超え、その結果、有効な接触であると示される。これに対して、汚染物質など、アースされない物体が表層に触れると、検出信号振幅変化が所定の閾値を超えず、その接触は無効にされる。
【００１７】
本発明の他の実施例では、力センサ、もしくは静電結合方式センサなどの二次センサは、ＩＲ光学センサベースのタッチスクリーンに触覚を与える手段として用いられる。この実施例では、二次センサシステムは、ユーザがいつタッチスクリーンと物理的接触をしたか決定するために用いられる。ＩＲシステムは、実際の接触があるまで接触を登録することはないので、ユーザにより発生し得る偽接触、もしくはＩＲビームグリッドを中断するユーザの衣服などの異物は、排除される。加えて、二次センサシステムは、システムをスリープモードにした場合にも使用可能であり、その結果、ＩＲシステムに関連した連続的な電力消費は排除される。
【００１８】
本発明の特性および利点のさらなる理解は、本明細書の残余部分と図面を参照することにより達成されることになろう。
【００１９】
（特定の実施例の説明）
図１は、本発明の好ましい動作を示すフローチャートである。ステップ１０１では、タッチスクリーンは、前接触、準備状態にある。続いてスクリーンは、例えば、指、スタイラス、または他の手段により、接触を受ける（ステップ１０３）。その後、一次タッチセンサは、接触を登録する（ステップ１０５）。ステップ１０５で用いられるセンサは、例えば、抵抗、静電結合、表面音波、赤外線、もしくは力など、いかなるタイプのものでもよい。一次タッチセンサが、接触座標を決定する、もしくは、オペレーティングシステムに任意の情報を送る（例えば、接触位置、接触モードなど）前に、二次センサは、一次センサによって受け取られた接触が、有効な接触であることを確認する（ステップ１０７）。二次センサが、接触が有効であると確認した（ステップ１０９）場合、接触位置が決定される（ステップ１１１）。接触位置は、所望の構成次第で、一次センサもしくは二次センサのいずれによっても決定可能である。続いて接触コントローラが、接触情報をオペレーティングシステムへ送る（ステップ１１３）。有効な接触が一次センサによって受け取られたことを二次センサが確認しない場合は、いかなる接触情報もオペレーティングシステムには送られず、タッチセンサは準備状態１０１に戻される。この実施例の便益は、無効の接触の位置決定に時間を費やすことがなく、その結果、有効な接触が受け取られると、システムは即座に確認可能となり、その接触が無効となれば素早く準備状態１０１に戻り得るということである。
【００２０】
図２に示されるシステムのわずかな変更では、一次センサが接触を登録した（ステップ１０５）後に、接触位置が決定される（ステップ２０１）。接触位置の決定後、システムは、二次センサが接触を登録したか否かを単純に尋ねる（ステップ１０７）ことが出来、登録されていた場合は、接触を確認し（ステップ１０９）、位置座標をオペレーティングシステムへ送る（ステップ２０３）。代替的には、接触位置が決定された（ステップ２０１）後、二次センサに対する座標依存接触閾値が設定され（ステップ２０５）、それにより、座標依存接触感度が実現される。
【００２１】
発明の好ましい実施例では、センサのうちの１つ、好ましくは二次センサは、接触があったか否かを判定するだけである。このセンサは、絶対接触位置を決定しないため、安価なセンサであってもよい。代替的には、このセンサは、おおまかな接触位置を決定するよう設計される。例えば、このセンサは、スクリーンのどの四分象限に接触があったかを決定するよう設計されてもよい。代替的には、２個のセンサから受け取られる相補情報が、受け取られた接触情報を洗練するために用いられる。例えば、第１センサから受け取られる情報は、第２センサの接触閾値の調整に使用可能である。
【００２２】
図３および図４は、本発明に従う、偽接触判別タッチスクリーンシステムの実施例の、２つの構成を示している。双方の構成では、ディスプレイ３０１（例えば、ＣＲＴスクリーン）の前部表層は、抵抗コーティングを含んでいる。コーティングは、例えばＩＴＯコーティングなど、一般的に帯電増加を制限するために、ＣＲＴスクリーンに堆積されるタイプでもよい。一次タッチセンサは、米国特許第５，７０８，４６１号明細書で開示されているような表面音波（すなわち、ＳＡＷ）センサ、米国特許第５，０３８，１４２号明細書で開示されているような非オーバレイ差力センサ、もしくは、米国特許第５，１６４，７１４号明細書で開示されているような赤外線タッチセンサであることが好ましいが、いかなる様々な異なるタッチスクリーンであってもよい。これらの全開示は、全ての目的のために本願明細書に組み込まれる。
【００２３】
図３は、一次センサがＳＡＷセンサもしくは赤外線センサのいずれかである、タッチスクリーンシステム３００を示している。この実施例では、スクリーン３０１は、ディスプレイのスクリーンの前部表層の周囲に沿い、複数のエミッタ／レシーバ３０３を備えているが、エミッタ／レシーバ３０３は、ＳＡＷセンサもしくは赤外線センサのいずれかと共に用いられるよう設計されている。図４に示される代替構成では、タッチスクリーンシステム４００の一次センサは、スクリーン３０１の各コーナーに１つずつ、計４つの力測定ゲージ４０１を備えた、非オーバレイ差力センサシステムを利用している。
【００２４】
タッチスクリーンシステム３００、４００内へ、二次もしくは偽タッチセンサを設けるために、スクリーン３０１上の抵抗コーティングは、好ましくは電極３０７経由で、電場モニター３０５に結合される。電極３０７は、モニターカウリングの背後に位置決めされているため、接続をユーザから見えないように隠すことが出来る。ＣＲＴが使用中の場合は、界磁はＣＲＴの陽極供給により発生し、その結果、電磁雑音を引き起こす。高電圧陽極リップルのスクリーン３０１の抵抗コーティングへの静電結合は、この信号を強める。モニター３０５は、抵抗コーティングと、ＣＲＴのアースに対応するグランド３０９との間の電圧差を測定する。
【００２５】
使用に際しては、指もしくは他のアースされた物体が、ＣＲＴ前部スクリーン３０１（すなわち、抵抗コーティング）に触れると、モニター３０５により観測される信号振幅が変化する。モニター３０５は、検出された信号振幅の変化が、所定の閾値より大きくなった時を決定する弁別器３１１と結合されており、結果として、接触が起こったことが示される。こうして、弁別器３１１は、ユーザの指などのアースされた物体と、水滴などのアースされていない物体とを区別する。
【００２６】
弁別器３１１と一次タッチセンサとは、共通処理システム３１３に結合される。システム３１３は、偽タッチセンサと一次タッチスクリーンからの応答を比較する。従って、一次センサによって接触が観測されたにもかかわらず、二次もしくは偽タッチセンサによって確認されなかったと、システム３１３が決定した場合、その接触は無効にされる。例えば、システム３００において、１滴の水がスクリーン３０１に当たれば、ＳＡＷもしくは赤外線一次センサは接触を示すだろう。しかし、水滴はアースされていないので、この接触は、偽タッチセンサによって確認されないことになる。同様に、一次センサに非オーバレイ差力技術を用いたシステム４００では、ＣＲＴへの物理的な衝撃は接触として登録されるだろうが、二次センサではアースされたものではないため、この接触は確認されないことになる。接触が一次センサおよび偽タッチセンサ双方により登録されたと、プロセッサ３１３が判定した場合、いずれのシステム３００もしくは４００でも、その接触は有効となる。
【００２７】
上に示された例では、有効な接触は、偽タッチセンサが、例えば指などのアースされた物体に触られた場合と仮定しているが、検出された信号振幅が、所定の閾値より小さいものを有効な接触とすることも可能である。例えば薬品試験所では、汚染の危険性を最小にするために、実験技術者にゴム手袋の着用を要求することが望ましい。本発明を使用することにより、偽タッチセンサは、検出された信号振幅が所定の閾値を超える、つまり、ユーザがゴム手袋を着用していないことを示す、いかなる接触も無効にするよう設計可能である。従って、本発明のこのアプリケーションでは、一次タッチセンサからの接触は、検出された信号振幅が所定の閾値を超えたことを示す信号が存在しない場合に、有効にされる。
【００２８】
図３および図４に示されたものと同様の他の実施例では、二次センサとして、ＣＲＴスクリーン上の帯電制限コーティングに依存するものとは対照的に、スクリーンオーバレイが用いられている。この実施例では、図５に示されるように、静電結合方式接触技術が二次センサの基礎を形成している。これまでの実施例のように、一次センサには、ＳＡＷセンサ、赤外線センサ、または差力センサが利用可能である。しかし、差力センサは、オーバレイ、もしくは非オーバレイ力センサであってもよい。
【００２９】
図５は、米国特許第５，４５７，２８９号明細書で開示されているような、静電結合方式タッチセンサの断面図であり、その開示は、全ての目的のために本願明細書に組み込まれている。オーバレイ基板５０１は、ＣＲＴもしくは他のタッチパネルに組み込み可能な形で使用される。透明な伝導コーティング５０３（例えば、ＩＴＯコーティング）は、保護オーバレイコーティング５０５（例えば、ＳｉＯ_２ コーティング）を施された基板５０１上に堆積される。透明な伝導コーティング５０３は、ＣＲＴスクリーン３０１の抵抗コーティングのように、電磁雑音によっても励起可能であるし、あるいは外部周波数ソース５０７によっても励起可能である。
【００３０】
図３および図４に示される実施例のように、オーバーレイ静電結合方式センサを二次センサとして利用するこの実施例では、弁別器３１１（図示せず）およびモニター３０５（図示）経由でプロセッサ３１３（図示せず）に結合されている。その後、モニター／弁別器システムは、一次センサによって受け取られた接触が、有効か否か、すなわち、指もしくは同等物からのアースされた信号か否かを判定する。従って、上の実施例のように、ＳＡＷもしくは赤外線一次センサによって受け取られた汚染物質に起因する接触、または、力ベースの一次センサを利用したシステムへの衝撃は、静電結合方式の二次センサが、アースされた物体による対応する接触を検出しないはずなので、オペレーティングシステムへ報告されることはないだろう。
【００３１】
本発明のこの実施例では、静電結合方式の二次センサは、図３および図４を参照して説明した、帯電制限抵抗コーティングにより提供されるものと同様の、簡単な接触確認、もしくは、プロセッサ３１３により、一次センサで決定された座標と比較可能な、接触座標のいずれかを提供することが出来る。後者の場合は、静電結合方式の二次センサは、米国特許第５，４５７，２８９号明細書に開示されるような、公知技術を用いて作成される。
【００３２】
本発明の他の実施例では、力センサは、二次センサとして使用される。力センサの作成技術は、当業者には公知のものであり、米国特許第５，７４２，２２２号明細書に開示されるような、温度補正された歪みゲージにより代表される。
【００３３】
図６に示されるように、この実施例の最も簡単な構成では、単一の力センサ６０１が、タッチスクリーン６０５上に位置している。単一の力センサの場合は、制限領域、もしくはいかなる接触感度も避けるために、コーナー６０６では低剛性サポート、さらに、コーナー６０８では高剛性サポートを使用してもよい。センサ６０１は、スクリーン６０５の視覚領域のすぐ外側、タッチスクリーンカウリング６０７の下部に位置するのが好ましい。代わりに、その開示が全ての目的のために本願明細書に組み込まれている、米国特許第５，７０８，４６０号明細書で開示されているものと同様の方法で接触座標を提供するために、タッチスクリーン６０５の各コーナーに１つずつ位置する、合計４つの力センサ６０１−６０４を使用してもよい。
【００３４】
本発明のこの実施例では、一次センサは、図７に示されるようなＳＡＷセンサを利用するオーバレイ、もしくは、図８に示されるような静電結合方式タッチセンサのいずれかであるのに対し、力センサは二次センサである。接触確認の提供には、単一の力センサ６０１が使用可能であることがわかるが、図７および図８の双方には、複数の力センサ６０１−６０４が示されている。従って、センサ６０１の出力は、図７および図８に示されるように、接触確認を提供するためにモニター３０５および弁別器３１１と結合可能であるか、もしくは、二次接触座標決定を提供するために、力センサ６０２−６０４からの出力に伴って、プロセッサ３１３と直接結合可能である。
【００３５】
図７に示されるように、一次センサは、送信変換器７０１、受信変換器７０３、および反射グリッド７０５を備えている。図８に示される静電結合方式一次センサは、電極アセンブリ８０３のみならず、スクリーン６０５上に伝導コーティング８０１を含んでいる。汚染物質により図７の一次センサが見かけの接触を検出したり、または、偶然アースしたために図８の静電結合方式一次センサが見かけの接触を検出した場合は、力センサ６０１からの対応する圧力信号が不足しているため、システムの偽接触の座標報告はなされないことになる。
【００３６】
本発明のセンサの組み合せは、個々のセンサシステムの欠点克服以外にも、他の利点を有している。例えば、システム準備モードでは、センサシステムの１つのみが「準備完了」状態にあればよい。従って、他のセンサシステムは、完全に非通電状態にあり、結果的に電力消費量を低減することが出来る。図９に示される好ましい実施例では、初めに、一次センサが準備モードにあり（ステップ９０１）、二次センサはアクティブモードのままである（ステップ９０３）。二次センサにより接触が検出される（ステップ９０５）と、一次センサが起動される（ステップ９０７）。その後、システムは、以前に説明した図１および図２に示されるアルゴリズムの１つに従い、接触位置座標を決定する（ステップ９０９）。
【００３７】
二次センサとして用いられる力技術の他のアプリケーションでは、米国特許第５，０３８，１４２号明細書で開示される差力センサシステムなど、ディスプレイの表層に加えられる圧力を測定する力センサシステムを、一次センサとしての非オーバーレイオンスクリーン表面音波センサもしくは米国特許第５，７９６，３８９号明細書で開示されるものと同様の非オーバーレイオンスクリーン静電結合方式センサと組み合わせて使用してもよい。
【００３８】
二次センサとして用いられる力技術の、さらに他のアプリケーションでは、図１０から図１４に示されるように、力センサシステムは、ＩＲ光学センサと組み合わせて使用される。タッチスクリーンベースの典型的なＩＲセンサでは、タッチスクリーン表層上に直接位置決めされたＩＲビームグリッドが中断されたときに、接触が感知される。この場合、ユーザは、接触ボタンを作動させるために、あるいはまた、タッチスクリーンと相互作用するために、実際にスクリーンに触れる必要はない。あいにく、物理的にスクリーンに触れないでスクリーンと相互作用する能力は、ほとんどのユーザにとり直観的に相容れないものであり、しばしば偽接触を惹起することになる。例えば、ためらいがちなユーザは、どのボタンを作動させるか決断している間、タッチスクリーン表層のすぐ上で、自身の指を漂わせることもある。この意志決定の間に、ユーザの指がスクリーンに近づき過ぎると、偽接触が惹起される。
【００３９】
本発明に従って、光学センサベースのタッチスクリーンの接触感覚の不足を克服するために、１つ以上の力センサを用い、結果として、ユーザに正の接触フィードバックを提供している。しかし、図３（すなわち、ＣＲＴスクリーン上の電荷制限コーティングを使用）もしくは図５（すなわち、スクリーンオーバレイを使用）と関連して説明された、簡単な静電結合方式のセンサシステムは、また、正の接触フィードバック（すなわち、接触感覚）を提供するよう、光学センサベースのタッチスクリーンシステムと組み合わせて使用可能であることを理解しておく必要がある。従って、前述の静電結合方式二次センサシステムを利用するシステムは、ＩＲ光学センサシステムが有する接触感覚の限界を克服することになる。従って、以下の例における力センサの使用は、静電結合方式センサシステムが光学センサシステムを増補させるためにも使用可能であるように、単に本発明の例示を意味するものであり、制限を意味するものではない。
【００４０】
図１０に示されるように、光学センサが接触を登録した場合（ステップ１００１）、力センサシステムは、それもまた接触を登録したか否かを決定するために、問い合わせを受ける（ステップ１００３）。力センサシステムにより、いかなる接触も登録されていない場合（ステップ１００５）は、偽接触と想定され、システムはその接触をホストコンピュータに報告しない。代わりに、力センサシステムにより接触が登録された場合（ステップ１００７）は、その接触は確認され、接触座標がホストコンピュータに報告される（ステップ１００９）。この実施例では、力センサシステムが、接触位置座標を提供し、および／または、確認するためには用いられていないことを理解しておく必要がある。力センサシステムは、むしろ、有効な接触であるか偽接触であるかを判別するために使用されているだけである。
【００４１】
接触確認を提供すること以外にも、本発明の力センサシステムは、タッチスクリーン設計者に追加の設計の柔軟性を提供する。典型的な光学センサシステムでは、ビームグリッドはできるだけ接触表層の近くに位置し、結果的に、こうしたセンサシステムにより提供される接触感覚の不足を最小限にする。しかし、本発明を利用すると、システム設計者は、ビームグリッドを接触表層からさらに遠くに置くことが出来、結果的に、システムの他の態様の最適化が可能となる。例えば、ビームグリッドを接触表層からさらに遠くに設置可能にすれば、タッチスクリーンから雨水を排出し得るシステムの設計は、より容易になる。
【００４２】
図１１は、図１０で示される、（静電結合方式二次センサシステムと対照的に）特に力センサを二次センサとして利用する、本発明の実施例の特定のアプローチのバリエーションを示している。このアプローチでは、力センサは、接触を登録したか否かの決定（ステップ１００３）のためだけでなく、接触力の大きさの決定についても問い合わされる（ステップ１１０１）。適用された力が、所定の閾値を超えない場合（ステップ１１０３）、その接触は偽接触として拒絶され、いかなる接触座標もホストシステムに報告されることはない。代わりに、接触力が閾値を超える場合（ステップ１１０５）は、接触座標がホストシステムに報告される（ステップ１００９）。このアプローチの便益は、例えば、タッチスクリーン上にユーザの衣服が付着したことに起因する偽接触が、有効な接触としてホストシステムに報告されることはないという点である。
【００４３】
本実施例の力センサシステムの感度は、通常、原因とならない場合は、力の閾値ステップ１１０１に影響を及ぼし得る、位置依存性を表していると理解されるべきである。この依存性は、ある程度、選択されたセンサの位置と、接触位置がパネル縁からパネル中央へと動くにつれ変化する、パネルのたわみに起因している。（例えば、センサ選択、センサ位置、パネル選択、パネル取り付けなどを通して）位置依存性を最小化することは可能であるが、その変化を計算し、結果的に接触領域全体の有効接触力感度を一定に維持可能とすることが好ましい。
【００４４】
図１２は、すでに説明された方法と共に、ＩＲ光学センサシステムを一次センサとして、力センサシステムを二次センサとして利用する、タッチスクリーンを図示している。ＩＲ光学センサシステムは、当業者には周知であり、従って、本願明細書では詳細には説明されない。例えば、ＰＣＴ特許出願第ＷＯ９８／４０８４４号を参照されたい。一次光学部品は、ＩＲソース１２０１、ビームグリッドを形成するための導波路、もしくは他のビーム分散手段１２０３、円柱レンズ１２０５、および探知器１２０７を含んでいる。プロセッサ１２０９は、タッチスクリーンシステムを制御する。また、本発明によると、１つ以上の力センサ１２１１が、タッチスクリーンと結合される。本発明と共に、様々な異なるタイプの力センサが使用可能である。力センサ１２１１の出力は、接触がいつ登録されたかを決定するモニター１２１３に結合される。モニター１２１３の機能は、プロセッサ１２０９から独立しているか、あるいはプロセッサ１２０９により実行可能である。所望される場合は、タッチスクリーンに適用される力が、所定の閾値を超えているか否かを決定するために、弁別器回路１２１５を使用することが出来る。
【００４５】
ラップトップコンピュータのＬＣＤディスプレイとの使用に適した、光学センサ／力センサベースの本発明の実施例のある変形形態では、薄いガラス（例えば、厚さ２ミリメートル）がＬＣＤディスプレイ上に設置される。このガラスは、ＩＲ光学システムの部品を取り付け、もしくは接着するための表層を提供するのみならず、力システムにタッチプレートを提供する。さらには、ＬＣＤディスプレイを、接触操作に関連する摩耗から機械的に保護する。この実施例では、ガラス基板の厚みは、表層接触に起因する基板たわみが光学システムのわずかなミスアライメントのみを引き起こすよう、十分な剛性を提供するために選択される。好ましくは、光学システムは、円柱レンズの受容角により基板たわみが補償されるよう設計される。この実施例では、力センサは、ＬＣＤの視覚領域（例えば、導波路構造１２０３の下部）の、外側の基板の背面に付着した、１組のＰＶＤＦの薄膜圧電性歪みゲージであることが好ましく、タッチスクリーンのいずれの軸に沿っても１つずつ搭載されている。基板がたわむのに応じて、ローカルな湾曲変化に比例する信号が生成され、結果的に、接触を検出する手段が提供されることになる。
【００４６】
図１３および図１４は、より厚い基板を利用した、光学センサ／力センサベースの本発明の実施例の、１対の変形形態の断面図であり、結果的に根本的なディスプレイに、より改善された保護を提供するものである。しかし、この実施例は、より厚い基板の追加重量に起因して、ラップトップコンピュータよりもキオスクに適合するものとなっている。図示のように、ディスプレイの配置は、典型的なキオスクで使用されるのと同様の方法で、傾斜をつけられている。しかし、ディスプレイの配置は、０度（すなわち、水平）から９０度（すなわち、垂直）までの任意の角度に傾斜可能であることが、理解されよう。
【００４７】
図１３および図１４に示される実施例では、システムは、ディスプレイ（例えば、ＬＣＤディスプレイ）１３０１、ガラスタッチパネル１３０３、および搭載構造１３０５を含んでいる。通常、ＩＲ光学システムは、（例えば、導波路構造、レンズなどの）他の光学部品も必要であると理解されるが、これらの図では、単にソース１３０７および探知器１３０９により表されている。一般に、ＩＲの透明なベゼル１３１１は、光学センサシステムの部品の保護のために用いられる。これらの実施例では、ガラスの厚みに起因して、接触の間にタッチパネル１３０３が被るたわみは、微々たるものであると予想し得る。その結果、力センサシステムは、歪みゲージに代わり、タッチパネル１４０３と搭載構造１３０５の間に取り付けられた、１つ以上の圧力センサ１３１３を用いている。図１４に示される実施例では、透明なベゼル１３１１、およびＩＲ光学センサ部品１３０７、１３０９は、パネル１３０３から浮き上がっており、結果的に、本システムは、雨水流出１４０１のための排水チャンネルを伴う設計が可能となる。すでに述べたように、従来の光学センサベースのタッチスクリーン（すなわち、二次センサシステムを含んでいない）では、こうした浮き上がった光学システムは、浮き上がりが大きくなると、接触感覚の不足がより顕著となるため、望ましくないものであった。
【００４８】
本発明の他の利点は、併用システムのために、真の「スリープ」モードが提供されることである。典型的な抵抗タッチスクリーンシステムでは、不活発な期間、システムはスリープモードに置かれる。このモードでは、システムは、基本的に簡単な膜スイッチとして作動する。その結果、タッチスクリーンが一旦このモードに入ると、概して、第１の接触は単にシステムを起こし、ユーザーのさらなるタッチスクリーンへの双方向作業を通して、情報を受け取る準備をするものとなる。例えば、抵抗タッチスクリーンを用いたラップトップコンピュータでは、所定の期間、何の接触も登録されない場合、システムは、スリープモードに入り、システムパワー消費を最小にして（例えば、スクリーン表示を消し、ＣＤドライブの回転を止める、など）、結果的にバッテリーの寿命を伸ばすようにする。残念なことに、光学、もしくは、音波、もしくは、静電結合方式センサのみを使用するタッチスクリーンは、接触に反応する状態に保つために、電力を消費し続けなければならない。例えば、光学センサシステムは、接触に応答するためには、アクティブな接触領域全体にわたり、ＩＲビームをスキャンし続けなければならない。従って、適合スリープモードにある、すなわち、なんらの電力も消費されないモードにある、光学、音波、もしくは、静電結合方式センサのみをベースにしたタッチスクリーンでは、接触に対して何らの反応もせず、その結果、初期接触でシステムを起こしたり、初期化することが出来なくなる。
【００４９】
本発明では、力センサシステムの使用により、この問題を克服している。図１５に示されるように、初期的には、もしくは、不使用のまま一定期間過ぎた後は、システムはスリープモードに入る（ステップ１５０１）。本発明に従って、このモードでは、一次センサシステム（すなわち、光学、音波、もしくは、静電結合方式のシステム）は、完全なパワーダウンモードにある。ユーザが、タッチスクリーンパネルに触れることで、タッチスクリーンを使おうとすると、力センサシステムにより、接触が検出される（ステップ１５０３）。一旦接触が検出されると、一次センサシステムが作動する（ステップ１５０５）。このステップの後は、システムはすでに説明されたように運転し、一次センサシステムにより、連続的接触の各々を登録し（ステップ１５０７）、力センサシステムでその接触を確認し（ステップ１５０９）、さらに、各確認ステップの座標をホストコンピュータに報告する（ステップ１５１１）。システムは、連続する接触の間の時間をモニターし（ステップ１５１３）、その時間が所定の限界時間を超える場合（ステップ１５１５）は、システムが再びスリープモードに入ることが好ましい。本システムでは、図１１を参照して説明したような、接触力閾値を使用してもよいし、使用しなくてもよい。
【００５０】
タッチスクリーンコントローラに関連するエレクトロニクスの多くが、探知器のタイプから独立しているので、通常、複数のタッチセンサの使用においては、複数組のエレクトロニクスが必要とされることはないと理解されるべきである。例えば、典型的なタッチスクリーンコントローラは、マイクロプロセッサ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、アナログ−ディジタル変換器（ＡＤＣ）、電源供給回路、ホストコンピュータとのコミュニケーションをサポートするディジタル回路、およびプリント回路基板を必要とする。従って、多くの場合、タッチスクリーンに関連したエレクトロニクスの多くは、複数センサシステムのサポートに使用可能である。
【００５１】
若干の例では、コントローラエレクトロニクスの他の態様が、２つのタイプの異なるセンサに共通している場合もある。例えば、ある種の圧電抵抗力センサは、直流励起電圧を用いたより典型的なアプローチと対照的に、数十キロヘルツの範囲の交流励起電圧を用いて、読み取ることが可能である。従って、力センサおよび静電結合方式感知電極の双方に、同じ励起周波数および同様の受容エレクトロニクスが使用可能である。
【００５２】
当業者により理解されるように、本発明は、その精神と本質的特長から離れることなく、他の特定形式で実現されてもよい。従って、本願明細書での開示および記述は、説明として意図されており、請求項で記述される本発明の範囲を制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本的な方法を示すフローチャートである。
【図２】本発明の代替方法を示すフローチャートである。
【図３】赤外線もしくは表面音波センサのいずれかと組み合わせた、簡単な静電結合方式偽タッチセンサを利用する、本発明の実施例を示す図である。
【図４】非オーバレイ差力センサと組み合わせた、簡単な静電結合方式偽タッチセンサを利用する、図３に示される実施例への代替実施例を示す図である。
【図５】静電結合方式タッチセンサの断面図である。
【図６】タッチスクリーン上に搭載された、１つ以上の力センサを示す図である。
【図７】表面音波センサを一次センサとして、さらに１つ以上の力センサを二次センサとして利用する、本発明の実施例を示す図である。
【図８】静電結合方式センサを一次センサとして、さらに１つ以上の力センサを二次センサとして利用する、本発明の実施例を示す図である。
【図９】本発明に従う、システムウエークアップ機能を示すフローチャートである。
【図１０】ＩＲ光学センサシステムと組み合わせた力センサシステムを利用する、発明の実施例に関連する方法を示すフローチャートである。
【図１１】ＩＲ光学センサシステムと組み合わせた力センサシステムを利用する、本発明の実施例に関連する代替方法を示すフローチャートである。
【図１２】ＩＲ光学センサシステムを一次センサとして、さらに力センサシステムを二次センサとしてとして利用する、本発明の実施例を示す図である。
【図１３】本発明の、光学センサ／力センサベースの実施例の変形形態の横断面図である。
【図１４】本発明の、光学センサ／力センサベースの実施例の代替変形形態の断面図である。
【図１５】適合スリープモードを提供するために力センサを用いる場合の、フローチャートである。
【符号の説明】
３００ タッチスクリーンシステム、 ３０１ スクリーン、 ３０３ エミッタ／レシーバ、 ３０５ 電場モニター、 ３０９ グランド、 ３１１ 弁別器、 ３１３ 共通処理システム。

Claims (15)

1. タッチスクリーンに結合し、前記タッチスクリーンの各接触に対する位置座標の組を決定する第１センサシステムと、
   前記タッチスクリーンに結合し、第１タイプの物体により、前記タッチスクリーンの各接触を確認し、第２タイプの物体により、前記タッチスクリーンの各接触を無効にする、前記位置座標の組を決定する能力はない第２センサシステムとを含んでいるタッチスクリーンシステム。
2. 前記第１センサシステムが、前記確認された接触に対する前記位置座標の組を決定するだけである、請求項１に記載のタッチスクリーンシステム。
3. 前記第１および第２のセンサシステムに連結され、確認された接触に対する前記位置座標の組をオペレーティングシステムに伝達するプロセッサをさらに含む、請求項１に記載のタッチスクリーンシステム。
4. 前記プロセッサが、前記位置座標の組に基づいて第２センサシステムのために、感度閾値を決定する、請求項３に記載のタッチスクリーンシステム。
5. 第１センサシステムにより、接触を登録するステップと、
   接触座標の組を決定する能力はない第２センサシステムを用いて、前記登録された接触が有効な接触であるか否かを確認するステップと、
   前記第１センサシステムを用いて、有効と確認された前記接触の、前記接触座標の組を決定するステップと、
   前記接触座標の組をオペレーティングシステムへ伝達するステップとを含んでいるタッチスクリーンシステムの操作方法。
6. 前記接触座標の組が、前記第１センサシステムにより、前記確認ステップの前に決定される、請求項５に記載のタッチスクリーンシステムの操作方法。
7. タッチスクリーンと、
   前記タッチスクリーンの表層に適用された抵抗コーティングと、
   前記抵抗コーティングへの励起信号提供手段と、
   前記抵抗コーティングに結合し、前記抵抗コーティングに関連する電気信号振幅をモニターする電気信号モニターと、
   前記電気信号モニターと結合し、前記電気信号振幅が信号閾値を超えると、確認信号を送信する弁別器と、
   前記弁別器に結合したプロセッサと、
   前記プロセッサに結合し、前記抵抗コーティングの各接触に対する位置座標の組を決定するセンサシステムとを含んでいるタッチスクリーンシステム。
8. アースされた物体が前記抵抗コーティングに触れると、前記電気信号振幅が前記信号閾値を超える、請求項７に記載のタッチスクリーンシステム。
9. アースされていない物体が前記抵抗コーティングに触れると、前記電気信号振幅が前記信号閾値を超える、請求項７に記載のタッチスクリーンシステム。
10. 前記弁別器が前記確認信号を伝えるとき、前記センサシステムは、前述位置座標の組みを決定するだけである、請求項７に記載のタッチスクリーンシステム。
11. タッチスクリーンシステムのタッチスクリーンに結合し、前記タッチスクリーンのいかなる表層部分に加えられた圧力にも敏感な、力センサシステムと、
    前記力センサシステムに結合したプロセッサと、
    前記プロセッサに結合し、前記タッチスクリーンの複数の接触の、少なくとも一部の各々に対する位置座標の組を前記プロセッサによって決定するセンサシステムとを含んでいるタッチスクリーンシステム。
12. 単一のタッチスクリーン接触に対応する力が、力の閾値を超える場合、前記力センサシステムが前記プロセッサに確認信号を送る、請求項１１に記載のタッチスクリーンシステム。
13. 前記プロセッサにより決定された、前記複数のタッチスクリーン接触の前記一部が、前記力センサシステムからの前記確認信号の受信に関連したタッチスクリーン接触に対応する、請求項１２に記載のタッチスクリーンシステム。
14. 前記プロセッサが、前記位置座標の組に基づいて、前記力センサシステムに対応して、感度閾値を設定する、請求項１１に記載のタッチスクリーンシステム。
15. 前記複数のタッチスクリーン接触の前記一部の各々に対し、前記タッチスクリーンに加えられた前記圧力量に対応して、前記力センサシステムが、前記プロセッサへ信号を出力する、請求項１１に記載のタッチスクリーンシステム。

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